桥梁检测和状态评估研究与应用

顾超

摘 要：近年来，随着我国经济的快速发展以及科技的不断改革创新，国民对于便利安全的交通提出了更高的要求。在这种背景之下，我国桥梁上的车辆动力作用加剧，桥梁的承载力和使用寿命都面临严峻考验，出现各种桥梁病害，甚至坍塌现象，造成财产上的损失或是生命安全的威胁。因此，需要对桥梁进行定期检测和状态评估，掌握桥梁病害的现状及动态发展规律，以便保证车辆的安全通行和充分发挥桥梁自身的功效。桥梁有可能会在很长的一个时间段内受到车辆、风雨等动荷载的作用而导致桥体结构出现损伤，再加上不可避免的自然环境灾害以及材料老化等问题的共同作用，就很容易使桥梁在使用过程中出现各种隐患，导致桥梁无法正常使用，给人们出行带来了不便。如果任其发展，毫不理会，就会给桥梁的安全使用带来巨大的隐患。本文主要探讨了应如何进行桥梁检测与状态评估。

关键词：桥梁检测;状态评估;如何应用

1 进行桥梁检测和状态评估的必要性

大多数桥梁在很长的时间内必然会发生各种不可避免的结构损伤。损伤的原因各不相同，可能是自然灾害，例如风雨、地震海啸等;当然也可能是人为因素，不遵守相应的法律法规，在桥梁之上行车时，超速超载，使桥梁不堪重负，埋下安全隐患。除此之外，随着我国基础交通设施的不断建成，交通运输量在短时间内就有了大幅度增加，交通量和车辆载重不断增加，造成桥梁结构的损伤，进一步加剧桥体结构自然老化，还有可能直接威胁到人们的生命健康以及财产安全，并可能引起一系列更加复杂、更加严重的问题。因此我们需要对桥梁进行相应的维修、改造以及加固来解决这些问题。进行桥梁检测和状态评估，才有可能确保桥梁可以时常处于一个健康的运营状态、桥梁的老化及损坏速度不会过快、不存在严重影响公众安全以及社会基础设施建设的明显缺陷。近年来，我国相应管理部门对新建桥梁进行完工之后的验收，以后就转入维护阶段。如果桥梁发生明显塌陷或者损毁，甚至会对人民甚至社会产生危害时，才去进行状态评估工作，此时已经晚矣。因为桥梁从出现病害到转为更大更严重的事故往往只需要很短的时间，因此，对桥梁状况进行经常性评估对桥梁管理人员来说是一项至关重要、不可懈怠的任务。

2 传统检测手段与现代化技术

前一个世纪的一段时间，桥梁监测广泛采用常规地面测量技术。之前的常规测量就是用湿度计测量桥梁周边环境的湿度，pH值传感器测量桥梁周围水体中的酸碱度，地震仪记录最近地震情况，统计桥梁日交通流量以推算交通荷载。后来经过不断地发展和进步，已经采用测距仪、经纬仪、水准仪、全站仪等常规测量设备测量定点位的变形值。这些不仅可以提供桥梁整体的变形状态，也可以在很大程度上满足测量精度要求，适应各种不同的监测环境。

但是这一检测手段也有一定的不足之处，即现场工作量不小，布点会受桥梁地形条件影响。这一时期，也出现了一些不同寻常的测量手段，就像应变测量、准直测量和倾斜测量等手段。这些测量手段虽然具有过程简单、可测量内部的变形和自动化测量等优点，但是也存在只能得到局部以及相对的变形信息的缺点。

桥梁检测的时候主要检测以下几方面：

（1）常规定期检测：主要指桥面系检测、上部结构检测以及下部结构检测。

（2）结构定期检测：包括混凝土强度检测、钢筋位置及混凝土保护层厚度检测。

（3）水下构件检测：对水下桩基混凝土脱落、裂纹、露筋、空洞、机械损伤等病害进行探查，并录像。

近几年，桥梁结构状态检测分为局部检测和整体检测两种。局部检测主要是对桥梁需要重点了解和检测的部位进行细致、仔细地检查;整体检测则是试图从全局上把握结构的真實状态。最近几年以来，我国科技取得了长足的发展，已经研究出了全新的检测方法。

2.1 模型修正法

模型修正法主要包括以下几个方面：（1）构建有限元分析模型对结构损伤进行模拟，此时该模型必然会产生变化，输出结构刚度。（2）对试验测得的试验数据进行反演。（3）对两者的数据进行比较、修正，找出桥梁结构的刚度信息，从而确定桥梁结构出现损伤的位置。模型修正法的试验包括静载试验和动载试验两种，且不同试验所对应的有限元模型是不同的。模型修正方法在桥梁结构损伤检测中的优势突出体现在，其可以有效完成模态检测，但是，此类方法也很容易受到自由度、噪声等外界因素的干扰，对损伤检测结果的准确性和可靠性造成不良的影响，因此，还需要对该方法进行进一步优化。精确的有限元建模是大型桥梁风震响应预测的重要前提，同时也是结构安全检测、损伤检测以及实现最优振动控制的基础。如果从另一方面来看的话，尽管有限元建模已经发展到了一个很高的层面，但是在结构十分复杂的有限元模型中，仍然会在一定程度上出现偏差。有限元建模为桥梁结构的完整性提供了理论模态参数集，但是在很多时候，这些参数与结构模态试验得到的参数会有一定的偏差。针对这一现象，相关工作部门应该对结构理论模型进行适当地调整或修正，使得修正后的模态参数与试验数据相一致，这一过程就被我们称为有限元模型修正。

2.2 指纹分析法

桥梁结构动力特性是其结构本身所特有的，因此我们可以形象的将其比成 “指头上的纹理”。我们可以通过结构起始状态与以后各个不同时期的“指纹”的相关变化，来对桥梁结构的真实状况做出正确的判断。作为结构状态识别的指标，就必须要对结构变化有很高的灵敏度，并且可以通过简捷易操作的测试和快速分析计算得到。在这一检测中，频率是非常容易得知的一个模态参数，不仅如此，它的精度也可以达到一个很高的标准。

但是我们经过进行大量的模型和实际结构实验，得出了结构损伤导致的固有频率变化并不是特别明显，但是振型形式有比较明显的变化这一结论。因此，我们在大多数情况下认为自振频率并不能直接用来作为桥梁监测的“指纹”。而振型虽然对局部刚度有很高的敏感性，但是对其进行比较精确测量是有很大的难度与挑战。这就需要我们继续为之付出努力，不断摸索前行，找到它的“指纹”。

3 结束语

从上文我们可以看出，桥梁检测与状态评估是一项十分复杂而又追求细致的工作，是保证桥梁安全运营的重要手段。这就要求相关的工作人员不仅需要具备丰富的实践经验，也需要有坚实的理论基础作为有力的支撑。在实际生产生活中，一定要不断总结经验与规矩，严格遵守相关的准则与规范，采用既合理又正确的检测和状态评估方法，只有这样才能确保桥梁结构的使用安全性。当前情况下，桥梁工程领域已经开始重视桥梁的安全性能检测和状态评估工作，桥梁工程的重点也慢慢的向桥梁的相关检测、加固改造和鉴定评价等方面转移。因此，必须要完善常规的人工检测，工程技术人员只有亲自到场进行勘察，结合当地桥梁的具体情况，采取极具有针对性的桥梁检测方案与决策，才可以对这一桥梁是否可以得到安全地使用做出正确的检测和评估，进而保证桥梁的安全使用。

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